Question

随着大气污染的日趋严重，国家拟于“十二五”期间，将二氧化硫（SO₂）排放量减少8%，氮氧化物（NO_x）排放量减少10%．目前，消除大气污染有多种方法．
（1）处理NO₂的一种方法是利用氨气催化还原法将NO₂还原为N₂．反应中每转移1.2mol电子，消耗的NO₂在标准状况下的体积为

 

L．
（2）处理NOx的另一种方法是利用甲烷催化还原NOx．已知：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为

 

．
（3）降低汽车尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器，发生如下反应：2NO（g）+2CO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）；△H＜0．
①若在一定温度下，将2molNO、1molCO充入1L固定容积的容器中，反应过程中各物质的浓度变化如图1所示．若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡将

 

移动（填“向左”、“向右”或“不”）．
②20min时，若改变反应条件，导致N₂浓度发生如图所示的变化，则改变的条件可能是

 

（填序号）．
A．加入催化剂　          B．降低温度　 C．缩小容器积　        D．增加CO₂的量
（4）设想以如图所示装置用电化学原理去除SO₂并生产硫酸，写出通入SO₂的电极的电极反应式

 

．
若通入H₂O的速率为13.4mL?min^-1，为稳定持续生产，硫酸溶液的浓度应维持不变，则左侧SO₂的流入速率（标准状况）应为

 

L?min^-1
（5）NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃来消除污染．25℃时，将amol NH₄NO₃溶于水，向该溶液滴加bL氨水后溶液呈中性，则滴加氨水的过程中的水的电离平衡将

 

（填”正向”“不”或“逆向”）移动，所滴加氨水的浓度为

 

mol?L^-1．（NH₃?H₂O的电离平衡常数Kb=2×10^-5mol?L^-1）

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡的影响因素

专题：化学平衡专题

分析：（1）根据化合价的变化结合方程式计算；
（2）利用已知热化学方程式，据盖斯定律解答；
（3）①依据平衡常数概念列式计算，依据浓度商和平衡常数比较分析判断；
②依据平衡移动原理解答；
（4）原电池负极发生氧化反应，SO₂被氧化生成SO₄^2-；电池的总反应式为：2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄，根据方程式计算，注意硫酸的浓度不变；
（5）依据同粒子效应，一水合氨对铵根离子水解起到抑制作用；依据一水合氨的电离平衡常数计算得到氨水浓度．

解答： 解：（1）反应6NO₂+8NH₃

催化剂

加热

7N₂+12H₂O中，6NO₂中N元素化合价降低，由+4价降低到0价，则6molNO₂参加反应，转移24mol电子，所以当转移1.2mol电子时，消耗
NO₂0.3mol，体积为6.72L，故答案为：6.72；
（2）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
据盖斯定律，（①+②）÷2得：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ?mol^-1；
（3）①依据图象分析，15分钟时达到平衡时氮气浓度为0.2mol/L，NO平衡浓度为1.6mol/L，一氧化碳浓度为0.6mol/L，二氧化碳浓度为0.4mol/L，
平衡常数K=

0.2×0．42

0．62×1．62

=0.035；若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，浓度分别为c（NO）=1.6mol/L，c（CO）=0.6mol/L+0.6mol/L=1.2mol/L，c（N₂）=0.2mol/L+0.6mol/L=0.8mol/L，c（CO₂）=0.4mol/L；Qc=

0.8×0．42

1．62×1．22

=0.035═K，平衡不动，故答案为：不；
②A、加入催化剂，平衡不移动，故A错误；
B、降低温度，平衡正向移动，故B正确；　
C、缩小容器体积，平衡正向移动，但不符合图示，故C错误；
D、增加CO₂的量，平衡逆向，故D错误；
故答案为：B；
（4）原电池负极发生氧化反应，SO₂被氧化生成SO₄^2-，负极电极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
电池的总反应式为：2SO₂+2H₂O+O₂=2H₂SO₄，1min内n（H₂O）=

13.4g

18g/mol

=0.744mol，
设1min内通入xmolSO₂，
则有：

98x

98x+0.744×18

=0.5
x=0.1（mol），
V（SO₂）=0.1mol×22.4L/mol=2.24L，
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺； 2.24；
（5）NO₂可用氨水吸收生成NH₄NO₃．加入氨水溶液抑制铵根离子水解，平衡逆向进行；将a mol NH₄NO₃溶于水，向该溶液滴加b L 氨水后溶液呈中性，依据电荷守恒计算可知，溶液中氢氧根离子浓度=10^-7mol/L，c（NH₄⁺）=c（NO₃^-）；NH₃?H₂O的电离平衡常数取K_b=2×10^-5 mol?L^-1，设混合后溶液体积为1L，（NH₄⁺）=c（NO₃^-）=amol/L；根据一水合氨电离平衡得到：NH₃?H₂O?NH₄⁺+OH^-，平衡常数K=

[NH4+]?[OH-]

[NH3?H2O]

=

amol/L×10-7mol/L

bL×c(NH3?H2O)mol/L

=2×10^-5 mol?L^-1，计算得到c（NH₃?H₂O）=

a

200b

mol/L，
故答案为：逆向；

a

200b

．

点评：本题考查了氧化还原反应的概念判断，化学平衡的影响因素分析，原电池原理，化学反应速率的计算分析，弱电解质溶液中的电离平衡的计算应用，综合性较大．